一種基于Petri網(wǎng)的電網(wǎng)故障診斷方法

潘明九　王穎　蘭洲　王蕾

摘要：電力系統(tǒng)發(fā)生故障時，其相應(yīng)的保護(hù)以及斷路器動作跳閘，根據(jù)這些動作信息，通過廣度優(yōu)先搜索法找出故障發(fā)生區(qū)域，然后對該區(qū)域內(nèi)的可疑元件進(jìn)行Petri網(wǎng)建模，再利用Visual Object Net ++軟件進(jìn)行故障診斷。實驗表明，該方法能夠通過保護(hù)和斷路器的狀態(tài)準(zhǔn)確找出故障元件。

Abstract： When the power system fails， its corresponding protection and circuit breaker will trip. According to these action information， the fault occurrence area is found by the breadth-first search method， and then the suspected components in the area are modeled. Then Visual Object Net++ software is used for troubleshooting. Experiments show that the method can accurately identify the faulty component through the state of protection and circuit breaker.

關(guān)鍵詞：故障診斷；廣度優(yōu)先搜索法；Petri網(wǎng)；Visual Object Net ++軟件

Key words： fault diagnosis；breadth-first search method；Petri net；Visual Object Net ++ software

中圖分類號：TM711 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）32-0177-02

0 引言

故障診斷一般根據(jù)保護(hù)以及斷路器的狀態(tài)來定位故障元件從而實現(xiàn)隔離。對于電力系統(tǒng)的故障診斷通常都是運行人員在調(diào)度中心進(jìn)行，保護(hù)和斷路器的相應(yīng)報警信息由電網(wǎng)故障數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)提供，調(diào)度人員通過長時間所積累的經(jīng)驗結(jié)合保護(hù)的動作邏輯來定位故障元件。然而，隨著電網(wǎng)自動化水平不斷提高，在電網(wǎng)故障瞬間，海量故障報警信息會通過數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)度端，在這樣的情況下，要調(diào)度人員根據(jù)以往的經(jīng)驗提取出故障的有用信息來確定故障的位置是非常困難。如何快速準(zhǔn)確地定位故障組件，幫助操作員在第一時間排除故障，使電力系統(tǒng)迅速恢復(fù)到正常運行狀態(tài)，愈加重要[1-3]。

Petri網(wǎng)在建模的過程中將電網(wǎng)系統(tǒng)圖形化，它以電網(wǎng)系統(tǒng)間各要素的邏輯關(guān)系為紐帶，將電網(wǎng)的動態(tài)變化用矩陣計算以及有向圖形狀態(tài)變化表示，最后可以把系統(tǒng)的邏輯推理過程用具有特殊含義的圖形來體現(xiàn)[4-6]，并可以將該過程用數(shù)學(xué)推理的過程來驗證。由于故障診斷是基于動作的產(chǎn)生邏輯，故障源是根據(jù)檢測到的各類信息來定位的，所以Petri網(wǎng)能清楚地表述該過程。所以，本文結(jié)合故障診斷和Petri網(wǎng)特點，利用Petri網(wǎng)體現(xiàn)故障診斷整個動態(tài)過程，實現(xiàn)故障分析。

1 Petri模型

在進(jìn)行故障診斷的Petri網(wǎng)建模時，由于需要對電網(wǎng)中的元件、斷路器以及保護(hù)之間的關(guān)系進(jìn)行描述[7]，所以要進(jìn)行四種庫所類型的定義：

①保護(hù)庫所，用于存儲監(jiān)控裝置收集到的保護(hù)信息；②斷路器庫所，用于存儲監(jiān)控裝置收集的斷路器信息；③虛擬庫所，一種臨時產(chǎn)生的中間過渡庫所，在動態(tài)演變時產(chǎn)生，并無實際物理意義；④元件庫所，是最終的輸出庫所，用于判斷元件的故障與否。在進(jìn)行Petri網(wǎng)故障診斷時，若最終元件庫所中有令牌因子存在，那么證明這一元件發(fā)生故障；若元件中無托肯，則表明該元件正常。

下面以圖1為例闡述原理。

1.1 故障診斷前的Petri網(wǎng)模型

在圖2所示的局部電力系統(tǒng)當(dāng)中，若線路L1發(fā)生故障，在只考慮主保護(hù)的情況下對L1進(jìn)行Petri網(wǎng)的建模分析。若監(jiān)測系統(tǒng)檢測到保護(hù)L1Sm、L1Rm動作，斷路器CB1、CB3跳閘，依照上述條件可搭建如圖2所示的診斷前Petri網(wǎng)模型[8-10]。

1.2 故障診斷后的Petri網(wǎng)模型

在該模型當(dāng)中，P1（L1Sm）、P3（L1Rm）是上述①中介紹的線路L1兩個的主保護(hù)庫所；P2（CB1）、P4（CB2）是上述②中所介紹的斷路器庫所；P5、P6則為上述③中所介紹的虛擬庫所；P7（L1）為上述④中介紹的電網(wǎng)元件庫所。

庫所中的實心小黑點則表示托肯，在圖3的模型當(dāng)中，由于保護(hù)L1Sm、L1Rm動作，斷路器CB1、CB3跳閘，所以對相應(yīng)的庫所賦予了托肯，表示有動作信息產(chǎn)生。將庫中的所有托肯信息以矩陣形式寫出，以獲得Petri網(wǎng)初始標(biāo)記M0，在本例中可得的初始標(biāo)記M0=[1 1 1 1 0 0 0]T，其中第1列到第7列分別表示P1到P7，內(nèi)部含有托肯的庫所記為1，內(nèi)部無托肯的則記為0。

將該模型下的Petri網(wǎng)進(jìn)行動態(tài)演變，進(jìn)行故障診斷后的Petri網(wǎng)模型如圖3所示。

2 實驗驗證

以某電網(wǎng)局部網(wǎng)絡(luò)圖為例來驗證Petri網(wǎng)應(yīng)用于電網(wǎng)故障診斷。如圖4所示，該網(wǎng)絡(luò)中含有7條母線、8條輸電線路以及16個斷路器開關(guān)。

在四種案例下對Petri網(wǎng)的故障診斷模型進(jìn)行仿真分析。

案例1：假設(shè)在線監(jiān)測系統(tǒng)檢測到保護(hù)L1Rm、L3Rs動作，斷路器CB3、CB5跳閘。

案例2：假設(shè)在線監(jiān)測系統(tǒng)檢測到保護(hù)L1Rs、L3Rs動作，斷路器CB3、CB5跳閘。

案例3：保護(hù)L2Sm、L2Rm動作，斷路器CB4、CB8動作跳閘。

案例4：保護(hù)L1Rm動作、斷路器CB2、CB3動作跳閘。

3 結(jié)果與分析

通過四個案例在不同保護(hù)和斷路器的動作信息下利用Petri網(wǎng)對可疑故障元件建模仿真后，能準(zhǔn)確地找出故障元件的所在，同時用數(shù)學(xué)推理對仿真進(jìn)行了驗證，證明了方法的準(zhǔn)確性。最后結(jié)合故障信息對各類保護(hù)動作進(jìn)行了評價，找出了拒動的保護(hù)和斷路器。

4 結(jié)論

將電網(wǎng)故障診斷與數(shù)學(xué)上的Petri網(wǎng)理論結(jié)合到一起，提出一種基于Petri網(wǎng)的電網(wǎng)故障診斷方法。首先根據(jù)保護(hù)和斷路器的動作信息，結(jié)合廣度優(yōu)先搜索法找到故障發(fā)生的區(qū)域，然后對故障區(qū)域內(nèi)的可疑元件進(jìn)行Petri網(wǎng)的建模，本文還利用了一種可用來對建立的Petri網(wǎng)進(jìn)行仿真的軟件，Visual Object Net ++，通過該軟件可直接仿真得到診斷結(jié)果。本文還通過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推理方式對仿真的結(jié)果推理驗證，證明了Petri網(wǎng)用于故障診斷具有非常高的可行性。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁志峰，葛睿，董昱，陳剛.印度“7.30”、“7.31”大停電事故分析及對我國電網(wǎng)調(diào)度運行工作的啟示[J].電網(wǎng)技術(shù)，2013（07）：1841-1848.

[2]王同文，謝民，孫月琴.基于專家系統(tǒng)的繼電保護(hù)故障信息綜合分析技術(shù)[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2013（12）：131-135.

[3]劉相鋒.智能調(diào)度系統(tǒng)中的故障分析與研究[D].山東大學(xué)， 2011.

[4]方培培，李永麗，楊曉軍.Petri網(wǎng)與專家系統(tǒng)結(jié)合的輸電網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法[J].電力系統(tǒng)及其自動化學(xué)報，2005，17（2）：26-30.

[5]Murata T. Petri nets： Properties， analysis and applications[J]. Proceedings of the IEEE， 1989， 77（4）：541-580.

[6]張林.基于模糊Petri網(wǎng)的電力系統(tǒng)故障診斷[D].南昌大學(xué)，2007.

[7]王世榮，王蔚，王玉華.選擇電網(wǎng)繼電保護(hù)方式的幾個問題[J].長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，25（1）：49-51.

[8]楊春發(fā).基于Petri網(wǎng)的電網(wǎng)故障診斷方法的研究[D].華北電力大學(xué)（北京），2005.

[9]鄭逸.基于加權(quán)模糊Petri網(wǎng)的電網(wǎng)故障診斷研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2015.

[10]Gong L， Ma R， Yang H J， et al. The substation fault diagnosis method based on the time constraint probability Petri net[C]// International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies. IEEE， 2016.